Hoe lang kan een rotsachtig, Marsachtige planeet bewoonbaar zou zijn als hij om een ​​rode dwergster zou draaien? Het is een complexe vraag, maar een die NASA's Mars Atmosphere and Volatile Evolution-missie kan helpen beantwoorden.

"De MAVEN-missie vertelt ons dat Mars in de loop van de tijd aanzienlijke hoeveelheden van zijn atmosfeer heeft verloren, de bewoonbaarheid van de planeet veranderen, " zei David Brein, een MAVEN mede-onderzoeker en een professor aan het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan de Universiteit van Colorado Boulder. "We kunnen Mars gebruiken, een planeet waar we veel over weten, als laboratorium voor het bestuderen van rotsplaneten buiten ons zonnestelsel, waar we nog niet veel van weten."

Tijdens de herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union op 13 december, 2017, in New Orleans, Louisiana, Brain beschreef hoe inzichten van de MAVEN-missie konden worden toegepast op de bewoonbaarheid van rotsplaneten die rond andere sterren draaien.

MAVEN heeft een reeks instrumenten bij zich die sinds november 2014 het atmosferische verlies van Mars meten. Uit de onderzoeken blijkt dat Mars in de loop van de tijd het grootste deel van zijn atmosfeer aan de ruimte heeft verloren door een combinatie van chemische en fysische processen. De instrumenten van het ruimtevaartuig werden gekozen om te bepalen hoeveel elk proces bijdraagt ​​aan de totale ontsnapping.

In de afgelopen drie jaar, de zon heeft perioden van hogere en lagere zonneactiviteit doorgemaakt, en Mars heeft ook zonnestormen meegemaakt, zonnevlammen en coronale massa-ejecties. Deze wisselende omstandigheden hebben MAVEN de gelegenheid gegeven om de atmosferische ontsnapping van Mars te observeren en te versnellen.

Brain en zijn collega's begonnen na te denken over het toepassen van deze inzichten op een hypothetische Mars-achtige planeet in een baan rond een soort M-ster, of rode dwerg, de meest voorkomende klasse van sterren in onze melkweg.

Op basis van de MAVEN-gegevens hebben de onderzoekers enkele voorlopige berekeningen gemaakt. Net als bij Mars, ze gingen ervan uit dat deze planeet aan de rand van de bewoonbare zone van zijn ster zou kunnen staan. Maar omdat een rode dwerg in het algemeen zwakker is dan onze zon, een planeet in de bewoonbare zone zou veel dichter bij zijn ster moeten draaien dan Mercurius bij de zon.

De helderheid van een rode dwerg bij extreem ultraviolette (UV) golflengten in combinatie met de nabije baan zou betekenen dat de hypothetische planeet zou worden geraakt met ongeveer 5 tot 10 keer meer UV-straling dan de echte Mars. Dat verhoogt de hoeveelheid energie die beschikbaar is om de processen te voeden die verantwoordelijk zijn voor atmosferische ontsnapping. Op basis van wat MAVEN heeft geleerd, Brain en collega's schatten hoe de individuele ontsnappingsprocessen zouden reageren op het opvoeren van de UV.

Hun berekeningen geven aan dat de atmosfeer van de planeet 3 tot 5 keer zoveel geladen deeltjes zou kunnen verliezen, een proces dat ionenontsnapping wordt genoemd. Ongeveer 5 tot 10 keer meer neutrale deeltjes kunnen verloren gaan door een proces dat fotochemische ontsnapping wordt genoemd, wat gebeurt wanneer UV-straling moleculen in de bovenste atmosfeer afbreekt.

Omdat er meer geladen deeltjes zouden ontstaan, er zou ook meer sputteren, een andere vorm van atmosferisch verlies. Sputteren gebeurt wanneer energetische deeltjes in de atmosfeer worden versneld en moleculen rondslingeren, sommigen van hen de ruimte in schoppen en anderen tegen hun buren laten botsen, zoals een speelbal doet in een potje pool.

Eindelijk, de hypothetische planeet kan ongeveer dezelfde hoeveelheid thermische ontsnapping ondergaan, ook wel Jeans-ontsnapping genoemd. Thermische ontsnapping vindt alleen plaats voor lichtere moleculen, zoals waterstof. Mars verliest zijn waterstof door thermische ontsnapping aan de bovenkant van de atmosfeer. Op de exo-Mars, thermische ontsnapping zou alleen toenemen als de toename van UV-straling meer waterstof naar de top van de atmosfeer zou duwen.

Allemaal samen, de schattingen suggereren dat een baan aan de rand van de bewoonbare zone van een stille M-klasse ster, in plaats van onze zon, zou de bewoonbare periode voor de planeet met een factor van ongeveer 5 tot 20 kunnen verkorten. Voor een M-ster waarvan de activiteit wordt versterkt zoals die van een Tasmaanse duivel, de bewoonbare periode kan worden verkort met een factor van ongeveer 1, 000 - terugbrengen tot een oogwenk in geologische termen. Alleen al de zonnestormen zouden de planeet kunnen zappen met stralingsstoten die duizenden keren intenser zijn dan de normale activiteit van onze zon.

Echter, Brain en zijn collega's hebben een bijzonder uitdagende situatie voor bewoonbaarheid overwogen door Mars rond een M-klasse ster te plaatsen. Een andere planeet kan enkele verzachtende factoren hebben, bijvoorbeeld actieve geologische processen die de atmosfeer tot op zekere hoogte aanvullen, een magnetisch veld om de atmosfeer te beschermen tegen strippen door de stellaire wind, of een groter formaat dat meer zwaartekracht geeft om de atmosfeer vast te houden.

"Bewoonbaarheid is een van de grootste onderwerpen in de astronomie, en deze schattingen laten een manier zien om gebruik te maken van wat we weten over Mars en de zon om de factoren te helpen bepalen die bepalen of planeten in andere systemen mogelijk geschikt zijn voor leven, " zei Bruce Jakosky, MAVEN's hoofdonderzoeker aan de Universiteit van Colorado Boulder.